(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０２０％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０２０％以下、Ｎｉ：１．２０％以下、Ｃｒ：１１．０〜２５．０％，Ｎ：０．０２０％以下、Ｔｉ：０．２５％以下、Ａｌ：０．１０％以下で残部がＦｅおよび不可避的不純物元素からなり、かつＦｅＴｉＰとして析出しているＰ量が０．００７％以下であることを特徴とする、フェライト単相系ステンレス鋼のスラブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェライト単相系ステンレス鋼のスラブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ステンレス鋼の連続鋳造後のスラブは加熱炉に装入され、高温に加熱保持された後、熱間圧延が施される。多くの場合、加熱に要するエネルギーを極力軽減することを目的として、温度が低下しないうちにスラブは加熱炉に装入される。
【０００３】
しかし、熱間圧延工場にて操業トラブル等が発生し、長時間にわたり工場が停止した場合には、鋳造後すぐにスラブを加熱炉に装入できなくなり、スラブが常温にまで冷却されてしまうことがある。
ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ４３０などの一般的なステンレス鋼においては、スラブが常温にまで冷却されてもとくに問題は生じない。
【０００４】
ところが、ＳＵＳ４３０ＬＸ，ＳＵＳ４３６Ｌなどのフェライト単相ステンレス鋼では、スラブの温度が常温まで低下してしまうと靭性が低下し、スラブ表面が割れてしまうことがある。図１にスラブ表面に認められた割れの一例を示す。このような割れが発生したスラブを熱間圧延すると熱延鋼帯が破断、あるいは穴あきが発生する。熱延工程で鋼が破断、穴あきが発生すると、ただちに操業が停止され工場の生産性が著しく低下する。さらに破断、穴あきが発生した鋼帯をスクラップ処理しなくてはいけないため、歩留りも低下する。
【０００５】
また近年、連鋳スラブを他のメーカーあるいは他の事業所に供給し、熱延を鋳造とは別の工場で実施するケースが増加している。その場合にも船舶などでの運搬のため、常温にまでスラブを冷却する必要がある。
【０００６】
しかしながら、上述したようにフェライト単相ステンレス鋼では、スラブ割れの問題があるため、スラブを高温域から靭性が低下する温度域にまで冷却せずに運搬する必要が生じる。そのためにはスラブを加熱炉に保持し、高温に保った後、保温カバーを装着している船舶で運搬する処置が施されている。
これらのことは、フェライト単相ステンレス鋼を製造する際のコストの増加や工程の著しい煩雑化を招いている。
【０００７】
フェライト単相系ステンレス鋼のスラブ割れ防止に関しては、特許第４００７１６６号にその方策が開示されている。これは、スラブ冷却過程での冷却速度を遅くすることで熱応力を軽減し割れを回避しようとするものであり、対象とするスラブの上下に温片スラブを配置して重ねることを特徴としている。
【０００８】
しかし、この方法でスラブを冷却しても長時間放置された場合には、靭性が低下する温度にまで冷却されてしまうため割れを完全に防止することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４００７１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、常温にまで冷却しても割れの生じないフェライト単相系ステンレス鋼のスラブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の課題は、ステンレス鋼の化学組成を、室温まで冷却してもＦｅＴｉＰとして析出するＰ量が０．００７％以下となるように調整することにより達成される。
具体的には、質量％で、Ｃ：０．０２０％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０２０％以下、Ｎｉ：１．２０％以下、Ｃｒ：１１．０〜２５．０％，Ｎ：０．０２０％以下、Ｔｉ：０．２５％以下、Ａｌ：０．１０％以下で残部がＦｅおよび不可避的不純物元素からなり、かつＴｉＰ化物として析出しているＰ量が０．００７％以下であるフェライト単相系ステンレス鋼のスラブとすることによって達成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によって、フェライト単相系ステンレス鋼のスラブを、割れを生じさせることなく常温にまで冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】連続鋳造したスラブ表面に認められた割れを示す写真
【図２】本発明の成分範囲内にあるＡ−３鋼（Ｐ：０．０１８％）および成分範囲外のＢ−４鋼（Ｐ：０．０４０％）のＤＢＴＴを示した図
【図３】本発明の成分範囲内にあるＡ−３鋼（Ｐ：０．０１８％）および成分範囲外のＢ−４鋼（Ｐ：０．０４０％）のＴＥＭ組織を示した写真
【図４】析出Ｐ量とＤＢＴＴの関係を示した図
【図５】鋼中Ｐ量と析出Ｐ量の関係を示した図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明者らは課題達成のために鋭意検討した結果、請求項に示す範囲の成分からなり、ＦｅＴｉＰとして析出しているＰ量が０．００７％以下であるフェライト単相系ステンレス鋼において、スラブ割れを防止でき、かつ常温にまで冷却できることを明らかにした。
以下、本発明の要旨を簡潔に説明する。
【００１５】
フェライト単相系ステンレス鋼のスラブ割れは、靭性低下によるものと考えられている。フェライト単相系ステンレス鋼は、延性脆性遷移温度（ＤＢＴＴ）以下にまで温度低下すると脆化するため、ＤＢＴＴ以下の温度では、スラブ冷却時に発生する熱応力、あるいはスラブ運搬時に付与される応力などにより割れが発生してしまう。なお、ここでのＤＢＴＴとは延性破壊を示す最低の温度と定義される。
【００１６】
フェライト単相系ステンレス鋼のＤＢＴＴは、ＡＳＴＭ Ｅ３９９で規定される破壊靭性試験法（３点曲げ試験）により測定した場合、常温より高く約２００℃より低い範囲にある。したがって、フェライト単相ステンレス鋼のスラブ割れを回避するためにはスラブをＤＢＴＴ以下にまで冷却させないか、あるいはＤＢＴＴを常温以下にまで下げる必要がある。ここでの常温とは２０℃とする。
【００１７】
ただし、上述したようにスラブを冷却させないことはコスト増加や工程の煩雑化を誘発するため、ＤＢＴＴを常温以下に下げ、安全に常温まで冷却できるようにすることが課題解決には重要となる。
本発明者らは、フェライト単相ステンレス鋼の靭性に及ぼす成分元素の影響を鋭意調査した。その結果、成分元素の中でもとくにＰの固溶と析出がフェライト単相ステンレス鋼の靭性に大きく影響することを見出した。
【００１８】
図２は、本発明の成分範囲内にあるＡ−３鋼（Ｐ：０．０１８％）および成分範囲外のＢ−４鋼（Ｐ：０．０４０％）のＤＢＴＴを示す。いずれの供試材も連続鋳造設備により、２００ｍｍ厚さ１０４０ｍｍ幅に鋳造したスラブから採取した。Ａ−３鋼のＤＢＴＴが１５℃とＢ−４鋼の７０℃に対して著しく低い。なお鋳造後のスラブ外観を観るとＡ−３鋼には割れが発生していなかったのに対して、Ｂ−４鋼にはスラブ表面に割れが発生していた。この結果はＤＢＴＴによりスラブの割れ発生有無を判断できることを示している。
【００１９】
図３にＡ−３鋼およびＢ−４鋼のＴＥＭ組織を示す。Ａ−３鋼には析出物が観察されないのに対してＢ−４鋼には微細析出物が多量に分散していることがわかる。この微細析出物をＥＤＸにて分析した結果、ＦｅＴｉＰと同定された。これらの結果から、Ｐ含有量が多い場合には鋼中にＦｅＴｉＰが析出し靭性を著しく低下させると考えられた。
【００２０】
図４は、鋼中のＰ含有量を変動させた鋼における析出Ｐ量とＤＢＴＴの関係を示す。供試材は、上記と同様いずれも連続鋳造設備により鋳造したスラブから採取した。析出Ｐ量は、試料を電解溶解した後、メンブレンフィルターにて残渣を抽出し残渣中のＰ量をＩＣＰ発光分析法にて分析した値とした。析出Ｐ量の増加にともないＤＢＴＴは増加しており、析出Ｐ量が０．００７％以下であればＤＢＴＴが２０℃以下とすることができることがわかる。
したがって析出Ｐ量を０．００７％以下に抑えることにより、常温まで冷却してもスラブ割れを防止できるものと考えられる。
【００２１】
図５に鋼中Ｐ量と析出Ｐ量の関係を示す。鋼中Ｐ量の減少にともない析出Ｐ量は減少する。Ｐ量０．０２０％以下で析出Ｐ量が０．００７％以下となることがわかる。
【００２２】
以上の結果から、常温まで冷却しても割れの発生しないスラブを得るためには、析出Ｐ量を０．００７％以下にまで低減することが必要であり、そのためにはＰの含有量を０．０２０％以下にする必要があることが明らかとなった。
【００２３】
以下、各成分元素の限定理由について説明する。
Ｃ：０．０２０質量％以下
Ｃはオーステナイト生成元素であるとともに靭性を低下させる元素であるため、低減する必要がある。そこで上限を０．０２０％以下とした。
【００２４】
Ｓｉ，Ｍｎ：２．０質量％以下
Ｓｉ，Ｍｎは鋼の脱酸に必要な元素である。上述したようにＤＢＴＴにはほとんど影響を及ぼさないが、過度の添加は製造コストの増加を招く。したがって上限を２．０％に限定した。
【００２５】
Ｐ：０．０２０質量％以下
上述したようにＰはＦｅＴｉＰを生成させ著しく靭性を低下させる元素である。高靭性を確保するためにＦｅＴｉＰとして析出しているＰ量を０．００７％以下に抑える必要があり、その上限を０．０２０％とした。
【００２６】
Ｎｉ：１．２０質量％以下
Ｎｉは靭性向上に有効に作用する元素であるが、オーステナイト生成元素であるために過剰に添加するとフェライト単相組織が得られないため、上限を１．２０％とした。
【００２７】
Ｃｒ：１１．０〜２５．０質量％
Ｃｒは耐食性を付与するために必要な元素であるため１１．０％以上とした。ただし、過度の添加は靭性低下および製造コスト増加を招くので上限は２５．０％とした。
【００２８】
Ｎ：０．０２０質量％以下
Ｎはオーステナイト生成元素であるとともに靭性を低下させる元素であるため、極力低減する必要がある。そこで上限を０．０２０％以下とした。
【００２９】
Ｔｉ：０．２５％以下
ＴｉはＣ、Ｎと結合し炭窒化物を生成し、フェライト単相組織を得ることに寄与する。しかし過剰の添加は靭性を低下させるので上限を０．２５％とした。
【００３０】
Ａｌ：０．１０質量％以下
鋼の脱酸に必要な元素である。しかし靭性を低下させる元素であるため上限を０．１０％とした。
【実施例】
【００３１】
以下に実施例について説明する。
表１に供試材の化学成分を示す。Ａ−１〜Ａ−３は本発明鋼でＢ−１〜Ｂ−４は比較例である。いずれの鋼も連続鋳造設備により、２００ｍｍ厚さ１０４０ｍｍ幅のスラブに鋳造した。連続鋳造設備からスラブが出た後、長さ約７ｍで溶断し常温まで空冷した０本発明鋼であるＡ−１〜Ａ−３は、Ｐの混入を防止するため原料であるスクラップおよびフェロクロムを厳選するとともに溶銑予備処理によって極低Ｐの溶銑を得て、それをもって溶製した。
得られたスラブの外観を観察するとともに、ＡＳＴＭ Ｅ３９９に規定される破壊靭性試験片を採取し、３点曲げ試験に供しＤＢＴＴを求めた。また、［００２０］に示す方法で析出Ｐ量を調査した。さらに外観観察により表面に割れが発生していた場合に×、割れが発生していなかった場合に○で評価した。
【００３２】
【表１】
0005599209.tif 000002
【００３３】
表２に結果を示す。本発明鋼のＡ−１〜Ａ−３は成分および析出Ｐ量が本発明の規定した範囲にあるため析出Ｐ量が０．００７％以内に抑えられ、ＤＢＴＴも２０℃以下となり、スラブに割れも発生しなかった。一方、比較鋼のＢ−１〜Ｂ−４は本発明の規定した範囲外にあるため、析出Ｐ量が０．００７％を超えＤＢＴＴが高く、スラブに割れが発生した。
【００３４】
【表２】
0005599209.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００３５】
フェライト単相系ステンレス鋼のスラブを、割れを生じさせることなく常温にまで冷却することができるため、歩留まりの低下や工程の煩雑化を防止でき、生産性を向上させることが出来る。
【図２】
0005599209.tif 000004
【図４】
0005599209.tif 000005
【図５】
0005599209.tif 000006
【図１】
0005599209.tif 000007
【図３】
0005599209.tif 000008